土—水系统石油污染物挥发和生物降解过程研究

摘要

随着经济的发展和科技的进步，石油及其制品的应用越来越广泛，但在为人类文明带来巨大利益的同时，在其生产、加工、运输和使用过程中使大量的石油污染物进入了环境，对土壤和水体造成严重的污染，破坏了生态系统，并危及人类健康，因此对石油污染的处理已迫在眉睫。石油污染物在土壤中经历一系列复杂的物理、化学和生物过程，并对石油污染物在土壤中的归宿有着不同的影响。因此，深入研究石油污染物在土壤中的迁移转化行为及其归宿问题，可以为修复石油污染和控制进一步的地下水污染提供科学的依据，并具有实际应用价值。 本文系统研究了石油污染物在土-水系统中石油污染物的挥发和生物降解过程。首先对比研究了柴油、煤油、汽油和混合芳烃四种纯油品以及柴油在不同土壤中的挥发行为，得出了石油污染物的挥发规律；其次从不同土壤样品中分离筛选出6株高效石油烃降解菌，研究单菌株及多株混合菌对不同石油烃组分的利用情况，并从菌株A1中提取出生物表面活性剂(鼠李糖脂)，研究了鼠李糖脂对石油烃生物降解的作用。另外，还通过监测实验土壤中的脂酶活性等生物指标来评价石油污染土壤的生物修复程度，并依据各菌株对抗生素的敏感性不同的原理，研究了降解过程中各菌株的动态演替情况。通过上述一系列的实验研究，得出了一些新的认识和结论，主要包括： 1.挥发试验表明，不同石油制品具有不同的挥发动力学模式。其中柴油和煤油服从二次多项式型模式，汽油服从对数型模式，而混合芳烃(由苯、甲苯、二甲苯和乙苯组成)服从线性模式。另外，柴油挥发可以使粘度明显地增加，并且柴油的粘度与挥发后残余量具有很好的相关性，其相关系数为0.9933。 2.通过柴油在不同厚度的风干土壤中的挥发实验，发现不同的土壤层厚度和质地都对柴油的挥发有着重要影响。柴油在薄层土壤中挥发时，土壤颗粒越细，附着于土壤颗粒上的柴油挥发表面积越大，从而有利于柴油的挥发；而在厚层土壤中，土壤颗粒越细使土壤中的气占孔隙度越低，反而不利于柴油的挥发。 3.成功地从两种土壤样品中分离出6株高效石油烃降解菌。但经研究发现，石油污染土壤中分离到的菌株只能利用饱和烃组分，而从经芳香烃驯化过的土壤中分离到的菌株，不仅可以利用饱和烃，并且可以很好的利用芳香烃。 4.通常表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)是在水中测得的，本实验分别测定了鼠李糖脂在水中和土壤中的CMC，结果发现二者差距很大。鼠李糖脂在水中的CMC仅为65mg/L，而在土壤中的CMC高达185mg/L。研究还发现，鼠李糖脂对石油烃生物降解的作用取决于环境介质和鼠李糖脂浓度两个因素：在水中添加0.01％(高于水中的CMC)鼠李糖脂可以促进生物降解程度，而在土壤中添加0.01％鼠李糖脂却抑制了石油烃生物降解，只有当添加的鼠李糖脂浓度超过土壤中的CMC时才对生物降解具有促进作用。进一步的研究表明，在不同环境介质中添加适当浓度的鼠李糖脂后，不仅可以提高对石油烃的降解率，而且还可加速降解速度，缩短生物修复所需时间。 5.发现土壤中的脂酶活性与石油烃降解程度具有很好的正相关性，而脱氢酶活性与石油烃降解程度的相关性并不高，后者是以前学者通常采用的研究方法。实验结果表明，脂酶活性可用来评价石油烃生物降解程度。 6.成功地利用抗生素敏感性试验监测了石油烃降解时各菌株的数量及其所占比例的动态演替情况.结果表明，不同菌株的动态变化取决于土壤中可利用的石油烃组分。实验的初始阶段(饱和烃含量高)，混合菌中菌株A1(假单胞菌)、A2(鞘氨醇单胞菌)和A6(微球菌)占优势，而随着降解的进行，饱和烃的消耗殆尽且土壤中芳香烃相对含量高时，混合菌中的优势菌转变为菌株A2(鞘氨醇单胞菌)、B2(不动杆菌)和A1(假单胞菌)。

目录

文摘

英文文摘

0前言

1.绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1挥发

1.2.2吸附和解吸

1.2.3淋溶

1.2.4生物降解

1.2.5生物表面活性剂

1.3研究内容和方法

2.石油污染物的组成、性质及其测定方法

2.1石油污染物的组成

2.1.1石油的馏分组成

2.1.2石油的元素组成

2.1.3石油的烃类族组成

2.1.4石油的非烃组成

2.1.5柴油的组成

2.2石油的物理化学性质

2.2.1石油的挥发性

2.2.2石油的溶解性

2.2.3石油的粘滞性

2.2.4石油污染物的毒性

2.3石油的测定方法

2.3.1土-水环境中石油污染物的基本测定方法

2.3.2本研究中采用的测定方法

3.石油污染物的挥发

3.1实验材料与方法

3.1.1实验材料

3.1.2实验方法

3.2实验结果

3.2.1纯油品挥发实验结果

3.2.2柴油在薄层土壤的挥发结果

3.2.3柴油在厚层土壤中的挥发实验

3.3讨论

3.3.1温度的影响

3.3.2土壤质地对挥发的影响

3.4小结

4.石油降解细菌的分离及其生产生物表面活性剂的性能

4.1实验材料与方法

4.1.1石油烃降解菌的分离

4.1.2生物表面活性剂的测定

4.2结果与讨论

4.2.1石油烃降解菌的分离

4.2.2生物表面活性剂

4.3小结

5.石油污染物的生物降解

5.1实验材料与方法

5.1.1实验材料

5.1.2实验方法

5.2结果与讨论

5.2.1鼠李糖脂对单株菌和混合菌降解柴油的影响

5.2.2不同浓度鼠李糖脂对在水体中和土壤中柴油降解的影响

5.2.3在土壤中混合菌对柴油的降解实验

5.3小结

6.结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢